试验室主任培训讲义

试验室主任培训讲义---典型现场检测试验贵州交通职业技术学院试验检测中心—周德军2013年3月25日常用公路工程现场检测规范汇编压实度、平整度----JTGE60-2008《公路路基路面现场测试规程》回弹法测混凝土强度----JTJT23-2001《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》以及DBJ22-017-95《回弹法检测山砂混凝土抗压强度技术规程》钻心法测混凝土强度----CECS032007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》桩基完整性检测----《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003、J256－2003）、《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）地基承载力检测----TB10018-2003《铁路工程地质原位测试规程》及JTGD63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》一、《公路路基路面现场测试规程》JTGE60-2008指导的现场检测项目1.路基路面几何尺寸检测一、《公路路基路面现场测试规程》JTGE60-2008指导的现场检测项目2.路基路面压实度检测学习要求：能运用挖坑灌砂法、环刀法、钻芯法、核子密湿度仪、无核密度仪测定现场密度；掌握各方法的测试要点；能进行数据的处理与分析工作。公路工程中压实度的常规的检测一、最大干密度和最佳含水量的测定方法1.路基土的最大干密度和最佳含水量的确定方法（JTGE40-2007《公路土工试验规程》）：1击实法；（规程P132）2振动台法；（规程P276)最大干密度是指在标准击实曲线（驼峰曲线）上最大的干密度值，该值对应的含水量即为最佳含水量。2.JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》3.沥青混合料标准密度的确定方法试验规程-----E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》二、现场压实度检测方法---实质为现场干密度的测定二、回弹法检测混凝土抗压强度目录1、概述2、人员与仪器3、检测技术4、回弹值计算5、测强曲线6、混凝土强度的计算7、其他问题1概述1.1回弹法的原理强度硬度(回弹值)碳化深度1概述混凝土表面硬度与混凝土极限强度存在一定关系，回弹仪的弹击重锤被一定弹力打击在混凝土表面上，其回弹高度和混凝土表面硬度存在一定关系。这样可以利用回弹仪测试混凝土表面硬度，并结合混凝土碳化深度从而间接测定混凝土强度。1概述1.2特点回弹法是目前国内应用最为广泛的结构混凝土抗压强度检测方法

优点1：对结构没有损伤；

优点2：仪器轻巧，使用方便；优点3：测试速度快；优点4：测试费用相对较低优点5：可以基本反映结构混凝土抗压强度规律；1概述1.2特点缺点1：精度相对较低；缺点2：不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测（规程1.0.2条）。(表面遭受火灾、冻伤、受化学物质侵蚀或内部有缺陷等）。现在有单位和学者进行研究。缺点3：影响因素多（水泥品种、骨料粗细、骨料粒径、配合比、混凝土碳化等；龄期、模板、泵送、高强等）1概述1.3各国使用情况目前已知应用该项技术的国家；美国：ASTMC805；A英国：BS1881；C德国：DIN1408;C罗马尼亚；C前苏联：GOCT10180；C欧洲：RILEM;C日本：无损手册;B中国：JGJ/T23-2011；CA—均质性；B—辅助手段；C—推定抗压强度；1概述1.4规范《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2011，于2011年12月1日实施。JGJ/T23-2001作废。仪器要求：《回弹仪》GB/T9138《回弹仪》JJG817（正在修订）1概述我国回弹规程的历史发展《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》（JGJ23—85）《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23—92）《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23—2001）《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23—2011）返回目录2.人员与仪器2.1人员的要求使用回弹仪进行工程检测的人员，应通过主管部门认可的专业培训，并持有相应的资格证书。仪器、方法均从国外引进，国内外不同；会出现因人而异。2.人员与仪器2.2仪器一、构造2.人员与仪器二、技术要求（一）回弹仪可为数字式的，也可为指针直读式的（3.1.1条）。（二）回弹仪应具有产品合格证及计量检定证书，并应在明显的位置上标注：名称、型号、制造厂名（或商标）、出厂编号（3.1.2条）。（三）回弹仪使用时的环境温度应为-4～40℃。（3.1.4条）2.人员与仪器二、技术要求（四）回弹仪除应符合现行国家标准《回弹仪》GB/T9138的规定外，尚应符合下列规定:

1水平弹击时，弹击锤脱钩的瞬间，回弹仪的标准能量应为2.207J。

2弹击锤与弹击杆碰撞的瞬间，弹击拉簧应处于自由状态，此时弹击锤起跳点应相应于指针指示刻度尺上“0”处。

3在洛氏硬度HRC为60±2的钢砧上，回弹仪的率定值应为80±2。

4数字式回弹仪应带有指针直读示值系统；数字显示的回弹值与指针直读示值相差不应超过1（3.1.3条）2.人员与仪器三、仪器的检定（一）回弹仪检定周期为半年，当回弹仪具有下列情况之一时，应由法定计量检定机构按行业标准《回弹仪》JJG817进行检定：1新回弹仪启用前；2超过检定有效期限；3数字式回弹仪数字显示的回弹值与指针直读示值相差大于1；4经保养后，钢砧率定值不合格；5遭受严重撞击或其他损害。（3.2.1条）2.人员与仪器三、仪器的检定（二）回弹仪的率定试验应符合下列规定：1率定试验宜在干燥、室温为5-35℃的条件下进行。2钢砧表面应干燥、清洁，并应稳固地平放在刚度大的物体上。3回弹值取连续向下弹击三次的稳定回弹结果的平均值。4率定试验应分四个方向进行，且每个方向弹击前，弹击杆旋转90°，每个方向的回弹平均值应为80±2。（3.2.2条）2.人员与仪器三、仪器的检定（三）回弹仪率定试验所用的钢砧应每2年送授权计量检定机构检定或校准。（3.2.3条，新增）2.人员与仪器四、保养（一）当回弹仪存在下列情况之一时应进行保养:

1弹击超过2000次；

2在钢砧上的率定值不合格；

3对检测值有怀疑时。（3.3.1条）2.人员与仪器四、保养（二）回弹仪的保养应按下列步骤进行：

1先将弹击锤脱钩，取出机芯，然后卸下弹击杆，取出里面的缓冲压簧，并取出弹击锤、弹击拉簧和拉簧座。

2清洁机芯各零部件，并应重点清洗中心导杆、弹击锤和弹击杆的内孔和冲击面。清洗后，应在中心导杆上薄薄涂抹钟表油，其他零部件均不得抹油。

3清理机壳内壁，卸下刻度尺，检查指针，其摩擦力应为（0.5-0.8）N；

4对于数字回弹仪，还应按产品要求的维护程序进行维护。

5保养时不得旋转尾盖上已定位紧固的调零螺丝；不得自制或更换零部件；

6保养后应按本规程第3.2.2条的规定进行率定试验。（3.3.2条）2.人员与仪器四、保养回弹仪使用完毕后，应使弹击杆伸出机壳，并应清除弹击杆、杆前端球面以及刻度尺表面和外壳上的污垢、尘土。回弹仪不用时，应将弹击杆压入机壳内，经弹击后按下按钮锁住机芯，然后装入仪器箱。仪器箱平放在干燥阴凉处。当数字式回弹仪长期不用时，应取出电池。（3.3.3条）类型主要有三种直读式HT225型；(普通混凝土）；HT1000型；（高强混凝土）HT3000型；大体积混凝土。数字式瑞士数显

直读+数显回弹仪3天津建筑仪器厂欧美大地高强回弹仪天津建筑仪器厂标称动能：9.8J;率定83(2）；C50-C80重型回弹仪标准动能29.43J率定：63（2)天津建筑公司返回目录3、检测技术一、一般规定（一）采用回弹法检测混凝土强度时，宜具有下列资料:

1工程名称、设计单位、施工单位；

2构件名称、数量及混凝土类型（是否泵送）、强度等级；

3水泥安定性，外加剂、掺合料品种；混凝土配合比等。

4施工模板、混凝土浇筑、养护情况及浇筑日期等；

5必要的设计图纸和施工记录；

6检测原因。（4.1.1条）3、检测技术一、一般规定（二）检测前后回弹仪的率定回弹仪在工程检测前后，应在钢砧上作率定试验，并应符合本规程第3.1.3条的规定。（原3.2.3条，现4.1.2条）（三）检测类别单个构件检测；批量检测——对于混凝土生产工艺、强度等级相同，原材料、配合比、养护条件一般一致且龄期相近的一批同类构件的检测应采用批量检测。3、检测技术（四）抽检构件数量按批进行检测的构件，抽检数量不宜少于同批构件总数的30%且构件数量不宜少于10件。当检验批构件数量大于30个时，抽样构件数量可适当调整，但不得少于国家现行有关标准规定的最少抽样数量。（4.1.3条）3、检测技术（五）测区布置要求1对于一般构件，测区数不宜少于10个。可适当减少测区数，但不得少于5个的情况：受检构件数量大于30个且不需提供单个构件推定强度；受剪构件某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件（测区：检测构件混凝土强度时的一个检测单元。）3、检测技术（五）测区布置要求2相邻两测区的间距不应大于2m，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m；3测区应选在使回弹仪处于水平方向的混凝土浇筑侧面。当不能满足这一要求时，也可使回弹仪处于非水平方向的混凝土浇筑表面或底面；3、检测技术（五）测区布置要求4测区宜选在构件的两个对称可测面上，当不能布置在对称的可测面上时，也可布置在同一可测面上，且应均匀分布。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件；5测区的面积不宜大于0.04m2；3、检测技术（五）测区布置要求6测区表面应为混凝土原浆面,并应清洁、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面；7对弹击时产生颤动的薄壁、小型构件应进行固定。（4.1.4条）8测区应标有清晰的编号，并宜在记录纸上绘制测区布置示意图和描述外观质量情况。（4.1.5条）3、检测技术（六）关于修正1、需修正的情况与下述适用条件有较大差异时：1普通混凝土采用的水泥、砂石、外加剂、掺和料、拌和用水符合现行国家有关标准；2采用普通成型工艺；3采用符合现行国家标准的模板；4蒸气养护出池后经自然养护7d以上，且混凝土表层为干燥状态；5自然养护龄期为14～1000d；6抗压强度为（10～60）MPa。（6.2.1条）取消原第2款“不掺外加剂或仅掺非引气型外加剂”3、检测技术2、修正方法在构件上钻取混凝土芯样：6个，100mm，高径比1。芯样应在测区内钻取，每个芯样应只加工一个芯样。同条件试块：6个，150mm。采用修正量法进行修正。3、检测技术修正量的计算——测区混凝土强度修正量（MPa），精确至0.1MPa——芯样试件混凝土强度平均值（MPa），精确至0.1MPa——150mm同条件立方体试件混凝土强度平均值（MPa），精确至0.1MPa——对应于钻芯部位或同条件立方体试块回弹测区混凝土强度换算值的平均值（MPa），精确至0.1MPa3、检测技术——第i个混凝土芯样试件的抗压强度——第i个混凝土立方体试块的抗压强度——对应于第i个芯样部位或同条件立方体试块测区回弹值和碳化深度值的混凝土强度换算值，按测强曲线或表取用。——芯样或试块数量3、检测技术测区混凝土强度换算值的修正计算——第i个测区修正前的混凝土强度换算值（MPa），精确至0.1MPa——第i个测区修正后的混凝土强度换算值（MPa），精确至0.1MPa（4.1.6条）3、检测技术二、回弹值测量（一）测量回弹值时，回弹仪的轴线应始终垂直于混凝土检测面，并缓慢施压，准确读数，快速复位。（4.2.1条）（二）每一测区应记取16个回弹值，每一测点的回弹值读数精确至1。测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距不宜小于20mm；测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30mm。测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只应弹击一次。（4.2.2条）（测点：测区内的一个回弹检测点。）3、检测技术三、碳化深度值测量（一）测点数量回弹值测量完毕后,应在有代表性的位置上测量碳化深度值，测点表不应少于构件测区数的30%，取其平均值为该构件每测区的碳化深度值。当碳化深度值极差大于2.0mm时，应在每一测区测量碳化深度值。3、检测技术三、碳化深度值测量（二）测量方法及要求碳化深度值的测量应符合下列规定：可采用工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。应清除孔洞中的粉末和碎屑，且不得用水擦洗。应采用浓度为1%~2%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，当已碳化与未碳化界线清楚时，应采用碳化深度测量仪测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离，并应测量3次，每次读数精确至0.25mm。应将三次测量的平均值作为检测结果，并应精确至0.5mm。3、检测技术四、泵送混凝土原规程：4.1.6泵送混凝土的修正，对检测未提特殊要求：1当碳化深度值不大于2.0mm时，每一测区混凝土强度换算值应按本规程附录B修正。2当碳化深度值大于2.0mm时，可按本规程第4.1.5条的规定进行检测。新规程：检测时测区应选在混凝土浇筑的侧面，直接查表（附录B）或按公式计算。4、回弹值计算一、（5.0.1条）计算测区平均回弹值：应从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，余下的10个回弹值应按下式计算:——测区平均回弹值，精确至0.1——第i个测点的回弹值4、回弹值计算二、角度修正（5.0.2条）非水平状态检测混凝土浇筑侧面时，测区的平均回弹值应按下列公式修正：——非水平状态检测时的测区平均回弹值，精确至0.1；——非水平状态检测时的回弹修正值，附录C。4、回弹值计算三、检测面修正（5.0.3条）水平方向检测混凝土浇筑顶面或底面时，测区的平均回弹值应按下列公式修正。——水平方向检测混凝土浇筑表面、底面时，测区的平均回弹值，精确至0.1——混凝土浇筑表面、底面回弹值的修正值，测区的平均回弹值，精确至0.14、回弹值计算四、修正顺序当检测时回弹仪为非水平方向且测试面为非混凝土的浇筑侧面时，应先按本规程附录C对回弹值进行角度修正，然后再按本规程附录D对修正后的值进行浇筑面修正。返回目录5、测强曲线一、一般规定（一）（6.1.1条）测强曲线的分类:1统一测强曲线:由全国有代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线；2地区测强曲线:由本地区常用的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线；3专用测强曲线:由与结构或构件混凝土相同的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线。5、测强曲线（二）（6.1.2条）选用原则对有条件的地区和部门，应制定本地区的测强曲线或专用测强曲线，经上级主管部门组织审定和批准后实施。各检测单位应按专用测强曲线、地区测强曲线、统一测强曲线的次序选用测强曲线。所以建议采用山东省地区测强曲线，载于山东省工程建设标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》DBJ14-026-2004第5.0.1条（或附录G）。5、测强曲线二、统一测强曲线（附录A、B）（一）适用范围1普通混凝土采用的水泥、砂石、外加剂、掺和料、拌和用水符合现行国家有关标准；2采用普通成型工艺；3采用符合现行国家标准的模板；4蒸气养护出池后经自然养护7d以上，且混凝土表层为干燥状态；5自然养护龄期为14～1000d；6抗压强度为（10～60）MPa。（6.2.1条）5、测强曲线（二）误差（6.2.3条）测区混凝土强度换算表所依据的统一测强曲线，其强度误差值应符合下列规定:

1平均相对误差(δ)不应大于±15.0%；

2相对标准差(er)不应大于18.0%。5、测强曲线（三）不能使用统一测强曲线的情况（6.2.4条）当有下列情况之一时，测区混凝土强度值不得按本规程附录A或附录B进行强度换算:

1非泵送混凝土粗集料最大公称粒径大于60mm，泵送混凝土粗骨料最大公称粒径大于31.5mm；

2特种成型工艺制作的混凝土；

3检测部位曲率半径小于250mm；

4潮湿或浸水混凝土。5、测强曲线二、地区和专用测强曲线（一）（6.3.1条）地区和专用测强曲线的强度误差值应符合下列规定:

1地区测强曲线:平均相对误差(δ)不应大于±14.0%；相对标准差(er)不应大于17.0%；

2专用测强曲线:平均相对误差(δ)不应大于±12.0%；相对标准差(er)不应大于14.0%；

3平均相对误差(δ)和相对标准差(er)的计算应符合本规程附录E的规定。5、测强曲线附录E变动说明1.加压值：有（30-80）kN，调整为（60-100）kN，低强度试件取低值；2.试件碳化深度：原规范未要求，新规范提出“在破坏后的试块边缘测量该试块的平均碳化深度”。3.回归函数公式给出了更合理的形式：5、测强曲线（二）测强曲线的制定和适用限制（6.3.2条）地区和专用测强曲线应按规程附录E的方法制定。地区和专用测强曲线时，被检测的混凝土应与制定该类测强曲线条件相同，不得超出该类测强曲线的适用范围。并应每半年（经常）抽取一定数量的同条件试件进行校核，当存在显著差异时，应查找原因，不得继续使用。5、测强曲线（三）山东地区测强曲线的使用范围1符合普通混凝土用材料、拌和用水的质量标准且粗骨料为碎石；2不掺引气型外加剂（JGJ/T23-2011，取消该规定）；3采用普通成型工艺；4采用符合国家现行标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）规定的钢模、木模及其它材料制作的模板；5自然养护或蒸气养护出池后经自然养护7d以上，且混凝土表层为干燥状态；6龄期为14～1100（1000）天；7抗压强度为10～60MPa。6、混凝土强度的计算（一）测区混凝土强度换算值（7.0.1条）构件第i个测区混凝土强度换算值，可按本规程第5章所求得的平均回弹值(Rm)及按本规程第4.3条所求得的平均碳化深度值(dm)由本规程附录A、附录B查表得出。当有地区测强曲线或专用测强曲线时，混凝土强度换算值应按地区测强曲线或专用测强曲线换算得出。（由测区的平均回弹值和碳化深度值通过测强曲线或测区强度换算表得到的测区现龄期混凝土强度值。）6、混凝土强度的计算（二）测区混凝土强度平均值、强度标准差的计算（7.0.2）构件的测区混凝土强度平均值可根据各测区的混凝土强度换算值计算。当测区数为10个及以上时，应计算强度标准差。平均值及标准差应按下列公式计算:6、混凝土强度的计算（三）强度推定（7.0.3条）构件的现龄期混凝土强度推定值(fcu,e)应符合下列规定:1当该结构或构件测区数少于10个时：2当该结构或构件的测区强度值中出现小于10.0MPa时：3当该结构或构件测区数不少于10个时，应按下列公式计算：4当批量检测时，应按下列公式计算：k——宜取1.645。当需要进行推定强度区间时，可按国家现行有关标准的规定取值。相应于强度换算值总体分布中保证率不低于95%的构件中混凝土抗压强度。6、混凝土强度的计算（四）不能按批检测的情况对按批量检测的构件,当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时,则该批构件应全部按单个构件检测:①当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时，＞4.5MPa；②当该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时，＞5.5MPa。数据计算流程测试砼回弹值测试砼碳化值平均回弹值平均碳化值去掉3个最大值3个最小值测区砼强度砼强度平均值<10个测区强度推定值=最小的测区强度换算值≥10个测区≤4.5或5.5批量检测>4.5或5.5单个构件检测返回目录7、其他问题一、泵送混凝土新规程给出了测强曲线，是进步，但又指出“检测时测区应选在混凝土浇筑的侧面”，因为：泵送混凝土底面、表面相差性能较大；曲线中关于底面、表面缺少足够的具有说服力的实验数据。对泵送混凝土楼板的强度如何测？7、其他问题二、碳化深度新混凝土碳化深度大：掺加掺和料易导致新混凝土碳化深度大。假性碳化，酸性脱模剂。强度低、养护差。周围有酸性气体源。7、其他问题影响碳化深度的因素1.环境条件：湿度25-75%，碳化快，其他较慢；在湿度相同的情况下，风速大，碳化快；二氧化碳浓度，浓度越高，碳化越快（与CO2的平方根呈正比）。2.水泥品种普硅，碳化快。7、其他问题影响碳化深度的因素3.粗骨料轻质骨料，碳化块。4.水灰比水灰比大，碳化快。5.浇筑浇筑质量好，碳化慢。7、其他问题影响碳化深度的因素6.养护养护好，碳化慢。7.外加剂加入减水剂，碳化慢。7、其他问题三、龄期问题1.低于14d的早龄期混凝土的检测：尚无较好的方法或措施。2.高于1000d（1100d）的长龄期混凝土的检测钻芯法修正7、其他问题四、表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测火灾冻伤受化学物质侵蚀内部有缺陷三、地基承载力检测技术地基承载力检测技术桥涵地基的容许承载力，可根据地质勘测（室内土工试验）、原位测试、野外荷载试验、邻近旧桥涵调查对比，以及既有的建筑经验和理论公式的计算综合分析确定。常用的原位测试方法包括：载荷试验(平板载荷试验PLT和螺旋板载荷试验SPIT)；静力触探(圆锥静力触探CPT和孔压静力触探CPTU)；动力触探(圆锥动力触探DPT和标准贯入试验SPT)；十字板剪切试验(VST)；旁压试验(预钻旁压试验PMT和自钻旁压试验SBP)；现场剪切试验(SST)；波速试验(单孔检层法:上孔或下孔法；跨孔法；面波法)等。四、钢筋位置及保护层厚度检测1.

钢筋位置及保护层厚度检测目的及意义

钢筋绑扎是混凝土结构工程的“中间工序”、“隐蔽工程”《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)

指出“钢筋的混凝土保护层厚度关系到结构的承载力、耐久性、防火等性能”，必须抽取一定数量的梁、板类构件进行钢筋保护层厚度的测试作为结构实体检验的一个内容。结构钢筋扫描技术主要有电磁感应法钢筋保护层厚度测试仪和混凝土雷达仪两大类，且均已收入建设部新标准《混凝土中钢筋检测技术规程》JGJ/T152-2008。2.

检测原理及仪器

2.1、电磁感应法1、定义：用电磁感应原理检测混凝土中钢筋位置、直径及混凝土保护层厚度的方法。2、检测原理仪器的传感器产生交变电磁场，该电磁场作用于被测结构构件时，当遇到结构构件内部的金属介质，则产生较为强烈的感生电磁场，仪器传感器接收到感生电磁场并转化为电信号，从而可以判断钢筋的位置、保护层厚度和钢筋直径等。

电磁感应法检测原理

仪器接收信号E的强弱和钢筋直径D、钢筋深度y都有关系，采用公式表达如下：E=F[D,x,y]当传感器位于钢筋正上方时接收信号最强，因此通过传感器在被测钢筋上方移动时接收信号的强弱，可以判断钢筋的位置。从检测技术考虑，信号峰值的判断只能在接收信号越过峰值后出现下降趋势的时候才能判断，所以钢筋位置的自动判定是在传感器越过了钢筋正上方后才能肯定，这种现象称之为“钢筋扫描的滞后效应”。

对于同一根钢筋，变换检测模式，可以得到两个强弱不同的信号E1、E2，解此联立方程组：

即可得出钢筋保护层厚度和直径。

目前仪器实现变换检测模式的方法一般有以下两种：一种是正交测量法，传感器置于被测钢筋上方，在与钢筋平行和垂直的方向上各测量一次，通过所测得的信号强弱差异，经分析得出钢筋直径。该方法因传感器需要改变位置，引入了两次的测量误差。另一种是内部切换法，当传感器置于钢筋正上方时，仪器自动切换传感器的测量状态，进行两次测量，得出钢筋直径。该方法不需要变换传感器位置，减少了人为操作所带来的测量误差，比较快捷方便。检测仪器

仪器型号厂家显示模式保护层厚度测试精度(mm)测试范围精度Profometer4瑞士Proceq公司数显0～300±1HRRebarLocator美国James仪器公司数显最大250±3RebarDatascan美国James仪器公司数显最大300mm150mm下±2%或±2.5mmMicroCovermeter英国KOLECTRIC公司数显5～40±2CM9英国Oxford公司数显最大200±1CM52英国Oxford公司数显最大100±1HBY-84A山东三联电子公司指针最大60±1KON-RBL北京康科瑞仪器公司数显0～100±1GBH-1汕头超声仪器厂指针10～120±3GBY-1A交通部公路科学研究所数显最大1800～60：±160～120：±3ZBL-R620北京智博联科技有限公司数显最大1806～59：±160～69：±2检测仪器检测仪器2.2雷达法

定义：通过发射和接收到的毫微秒级电磁波来检测混凝土中钢筋位置、混凝土保护层厚度的方法。

检测原理雷达波检测具有如下的技术特点：⑴对混凝土有很强的穿透能力，可测较大深度。⑵可实现非接触探测，可作实时检测，探测速度快。⑶通过减小波长和增大频率宽度，实现高分辨力的探测。

国内常见雷达仪技术性能

仪器型号厂家技术性能JEJ-60BFNJJ-85ANJJ-95A日本JRC公司⒈测试深度5mm～200mm⒉间距分辨率:60mm深度下φ10钢筋80mm⒊一次测试距离为5mNoggin250加拿大Sensors&Software公司⒈可配置250MHz～1200MHz的不同天线⒉采用笔记本电脑，配有采集分析软件RIS-K2意大利RIS公司⒈具有10MHz～2000MHz等各种频率天线⒉具有MF、S、Hiress等各种天线阵⒊配备专用处理软件雷达仪3.

检测技术

一、

一般规定1、不适用于含有铁磁性原材料的混凝土中钢筋的检测。2、根据钢筋设计资料，确定检测区域钢筋的可能分布状况，选择适当的检测面。检测面应清洁、平整，并避开金属预埋件。3、对于具有饰面层的构件，应清除饰面层后在混凝土面上进行检测。4、钻孔、剔凿的时候不得损坏钢筋，实测采用游标卡尺，量测精度为0.1mm。二、电磁感应法检测

1、钢筋位置检测严格意义的“钢筋位置”应该是指由钢筋三维方向的坐标所确定的位置，包含了钢筋排列方式和保护层厚度。但一般意义上的钢筋位置检测仅指从混凝土构件表面经过仪器扫描检测确认钢筋排列方向、轴线位置。不包括保护层厚度，或者说对保护层厚度的精度要求不高。

对于一定深度的钢筋，当钢筋轴线与仪器传感器轴线平行且垂直距离最小时，传感器的响应信号最强。

对于混凝土结构构件中钢筋位置的检测，最好应具备一定的结构知识，并结合设计图纸等资料判断构件中钢筋的走向，尽可能使仪器传感器以平行于钢筋轴线的方向扫描。扫描中应尽可能避开垂直方向的钢筋以免干扰。

当对结构中钢筋排列方向不是很明确的时候，可以采用所谓的“旋转扫描法”：首先沿直线匀速移动传感器，当仪器提示找到一根钢筋时，在附近位置左右旋转传感器，找到信号最大的位置，此时传感器轴线即与钢筋轴线平行；然后保持传感器角度不变，平行移动传感器，找到信号最大的位置，即是钢筋的准确位置。旋转扫描法适用于不能判断钢筋大致布局和走向的特殊构件。

2、

保护层厚度检测保护层厚度检测应该在钢筋准确定位的基础上进行，即按上述步骤，确定钢筋轴线位置后，将传感器平行放置于钢筋正上方，仪器即可显示保护层厚度值。

仪器显示的保护层厚度值是钢筋深度和直径的函数，因此为准确测得保护层厚度，还应该在仪器上准确设置钢筋直径。保护层厚度的测量准确程度还受相邻钢筋、混凝土原材料(主要是骨料)是否含铁磁性物质、钢筋材质等因素影响，其中相邻钢筋的影响最大。

3、保护层厚度检测操作步骤

⑴检测前，应对仪器进行预热和调零。检测过程中，应适时核查仪器的零点状态。⑵进行钢筋位置检测前，宜结合设计资料了解钢筋布置状况。检测时，应避开钢筋接头和绑扎丝，钢筋间距应满足仪器的要求。探头在检测面上移动，直到仪器保护层厚度示值最小，此时探头中心线与钢筋轴线应重合，在相应位置做好标记。按上述步骤将相邻的其它钢筋位置逐一标出。

⑶钢筋位置确定后进行保护层厚度的检测：①设定仪器量程范围及钢筋直径，沿被测钢筋轴线选择相邻钢筋影响较小的位置，并应避开钢筋接头和绑扎丝，读取保护层厚度检测值。在每根钢筋的同一位置重复检测1次，读取数值。②对同一处读取的2个保护层厚度值相差大于1mm时，该组检测数据无效，并应查明原因，在该处重新进行检测，如2个保护层厚度值相差仍大于1mm，则应该更换检测仪器或采用钻孔、剔凿的方法核实。

注：大多数仪器要求钢筋直径已知方能准确检测保护层厚度，此时仪器必须按照钢筋实际直径对应进行设置。③当实际保护层厚度值小于仪器最小示值时，应采用在探头下附加垫块的方法进行检测。垫块对仪器检测结果不应产生干扰，表面应光滑平整，其各方向厚度值偏差不应大于0.1mm。所加垫块厚度C0在计算保护层厚度时应予扣除。

⑷

检测钢筋间距时，应将设计间距相同的连续相邻钢筋一一标出，不得遗漏，并不宜少于7根钢筋，然后量测所有相邻钢筋的间距si，并记录其间隔数。⑸遇到下列情况之一时，应选取不少于30％的已测钢筋且不应少于6处（当实际检测数量不到6处时应全部抽取），采用钻孔、剔凿等方法验证：①认为相邻钢筋对检测结果有影响；②钢筋实际直径未知或有异议；③钢筋实际根数、位置与设计有较大偏差；④构件饰面层未清除的情况下检测钢筋保护层厚度；⑤钢筋以及混凝土材质与校准试件有显著差异。三、雷达法检测

检测的时候必须根据被测结构中钢筋的排列特点，使雷达仪天线垂直于被测钢筋移动，仪器天线将接收的信号转换成被测部位的断面图，直观地显示被测钢筋的影像，然后可以将检测结果打印出来或者利用仪器所配置的软件进行分析，可以得到被测部位断面中的钢筋间距、深度等参数。

典型的雷达法检测结果

雷达法检测的操作步骤

⑴根据被测结构或构件中钢筋的排列方向，雷达仪探头或天线沿垂直于被测钢筋轴线方向扫描，仪器采集并记录下被测部位的反射信号，经过适当处理后，仪器可显示被测部位的断面图象，根据钢筋的反射波位置来确定钢筋间距si和保护层厚度值。⑵检测钢筋间距时，应将设计间距相同的连续相邻钢筋一一标出，不得遗漏，并不宜少于7根钢筋，然后量测所有相邻钢筋的间距si，并记录其间隔数。

⑶遇到下列情况之一时，应选取不少于30％的已测钢筋且不应少于6处（当实际检测数量不到6处时应全部抽取），采用钻孔、剔凿等方法验证。①认为相邻钢筋对检测结果有影响；②钢筋实际根数、位置与设计有较大偏差或无资料可参考时；③混凝土含水率较高；④饰面层电磁性能与混凝土有较大差异；⑤钢筋以及混凝土材质与校准试件有显著差异。

4.

检测数据处理

一、钢筋保护层厚度上述检测方法不涉及抽样、结果评判等，均需依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002附录E的规定进行。该附录规定：1、抽样方法：对梁类、板类构件，应各抽取构件数量的2%且不少于5个构件进行检验；当有悬挑构件时，抽取的构件中悬挑梁类、板类构件所占比例均不宜小于50%。结构部位，应由监理(建设)、施工等各方根据结构构件的重要性共同选定。2、检测部位：对于梁类构件，应对全部纵向受力钢筋的保护层厚度进行检验；对于板类构件，应抽取不少于6根纵向受力钢筋的保护层厚度进行检验；对于每根钢筋，应在有代表性的部位测量1点。3、检测方法：可采用非破损或者局部破损的方法，也可采用非破损方法并用局部破损方法进行校准。检测误差不应大于1mm。4、指标要求：纵向受力钢筋的允许偏差，对梁类构件为+10mm，-7mm，对板类构件为+8mm，-5mm。5、结果评定：对梁类、板类构件纵向受力钢筋的保护层厚度应分别进行验收。符合下列要求可按合格验收：⑴全部钢筋保护层厚度检验的合格点率不小于90%时，判定合格；⑵全部钢筋保护层厚度检验的合格点率小于90%但不小于80%时，可再抽取同样数量的构件进行检验，同时两次抽样总和计算的合格点率必须不小于90%，才能判定为合格。⑶每次抽样检验结果中不合格点的最大偏差均不应大于规范允许偏差的1.5倍。对于梁类构件，也就是说不能大于+15mm，-10.5mm，对于板类构件，不能大于+12mm，-7.5mm。

二、钢筋位置检测

钢筋位置检测主要是为了了解其间距，如楼板中纵向受力钢筋间距是影响其承载能力的重要因素。钢筋间距的计算相对较为简单，可以根据一定长度内有几根钢筋(几个间隔)来计算平均间距，如钢筋分布不均匀，最好将所测部位的钢筋分布以绘图形式记录下来，并记录每根钢筋间距，以便整改。

构件名称保护层厚度设计值钢筋编号保护层厚度值(mm)构件名称保护层厚度设计值钢筋编号保护层厚度值(mm)构件125mm130构件230mm133232238328337429435522528625634构件325mm133构件430mm135236221332329433427531525633628构件525mm133构件630mm135227242326336422438524535626636分析：根据标准要求，梁类构件保护层厚度允许偏差为+10mm、-7mm；上表共计36个测点，其中偏差超过+10mm或-7mm的不合格测点有3个；则合格点率为：33/36×100%=91.7%；同时，不合格测点的最大正偏差为+12mm，最大负偏差为-9mm，均未超过允许偏差的1.5倍。因此该工程梁类构件保护层厚度判为合格。数据同上，如果是楼板，则结果不一样：根据标准要求，板类构件保护层厚度允许偏差为+8mm、-5mm；上表共计36个测点，其中偏差超过+8mm或-5mm的不合格测点有3个；则合格点率为：33/36×100%=91.7%；同时，不合格测点的最大正偏差为+12mm，最大负偏差为-9mm，其中负偏差超过允许偏差的1.5倍(-7.5)。因此该工程板类构件保护层厚度判为不合格。五、超声波法检测桩基完整性公路工程基桩检测的规定：

（JTJ/TF81-01-2004）

1、公路工程基桩应进行100％的完整性检测，各种方法的选定应具有代表性和满足工程检测的特定要求；

2、重要工程的钻孔灌注桩应埋设声测管，检测的桩数不应少于50％；

3、高应变动测法的抽检率可由工程设计或监理单位酌情决定，但不宜少于相近条件下总桩数的5％且不少于５根。

超声波法：

是在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，或单孔中发射，可以测出被测混凝土介质的参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会波产生绕射、反射和折射，因而达到接收换能器时，根据声时、波幅及主频等特征参数的变化来判别桩身的完整性。鉴于目前公路桥梁工程大量使用大直径桩和超长桩，该方法将越来越多的使用在基桩的检测中。分四个部分讲解：声学理论检测技术测试方法工程实例第一部分声学理论声学基础声波在介质中的传播速度声波在介质界面上的反射与透射声波在传播过程中的衰减混凝土中的声波特性一、声学基础

1、波动波动是物质的一种运动形式，波动可分为两大类：一类是机械波，它由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程，例如；水波、声波、超声波等；另一类是电磁波，它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的转播过程，例如无线电波、红外线、紫外线、可见光、雷达波等。声波:是弹性介质的机械波。人们所能听到声波频率范围是20～20KHz，即可闻声波。当声波频率超过20～20KHz时，人耳就听不到了，这种声波就叫超声波，其频率范围是20K～100MHz；当频率低于20Hz的叫

次声波，人耳也听不到。各种声波的频率范围见下表。各种声波的频率范围（Hz）

次声波可闻声波超声波特超声波0～2020～20K20K～100M＞100M

在混凝土中超声检测使用的频率一般在20KHz～200KHz范围内。2、谐振动物体在一定位置附近作来回重复运动称为振动，例如摆的运动、汽缸中活塞的运动、弹簧振子的运动等，这些是可以直接看到的振动。又例如一切发声体的运动、在高频电压激励下压电晶体的运动，这些是不易或不能直接看到的振动。

相互间由弹性力联系着的质点所组成的物质，称为弹性介质。需要进行超声检验的大量固体构件都是弹性介质。弹性介质是由相互间用小弹簧联系着的质点所组成。如图1-1所示。若这种介质中任何一个质点离开了平衡位置，则会产生使它恢复到平衡位置的力，这就是弹性力。图1-1弹性介质模型图1-2弹簧振子的振动

1-质点：2-小弹簧

进一步来说明谐振动

可以用弹簧振子来说明谐振动。如图1-2所示，弹簧左端固定，右端系一物体。为使讨论较为简单，设弹簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上，以避免重力对运动的影响。设物体在位置0时，弹簧作用在物体上的力是零。这个位置就是物体的平衡位置，若把物体向右移动到位置B，这时弹簧被拉长，相应地有指向左方即向平衡位置的弹性力作用在物体上，使物体返回平衡位置。当物体回到平衡位置时，弹簧的弹力等于零，但物体在返回时获得了速度，由于惯性，它将继续向左移动。当物体在平衡位置左边时，弹簧被压缩，物体所受弹性力是指向右方，即平衡位置。这时弹性力作用是阻碍物体运动，直至物体停止在位置C。在这以后，物体在弹性力的作用下向右移动，情况和上述向左移动相似。这样，在弹簧的弹性力作用下，物体在平衡位置的左右作重复运动，即振动。

取平衡位置0为X轴的原点，并设X轴的正向向右根据胡克定律，物体所受的弹性力F与物体位移x（即弹簧的变形量）的关系为：

F=-kx(1.1)

式中：k——弹簧的弹性系数；

-——力和位移的方向相反。设物体的质量为m根据牛顿第二定律（），它的速度为：

(1.2)

因为k和质量m都是常数，所以它们的比值可以用一恒量F表示,即：

(1.3)

式中：ω——角频率或圆频率。代入上式，得：

a=-ω2x

(1.4)

从上式看出，上述振动的特征是：物体的加速度和位移成正比且方向相反，这种振动称为谐振动。物体在弹性力作用下发生的运动是谐振动。谐振动是最简单最基本的振动。任何复杂振动都是由许多不同频率的谐振动所合成的。因为=,又得：

+ω2x=0(1.5)根据微分方程理论，上式的解为：

x=Acos(ωt+

)(1.6)

式中

A,

——两个恒量；

A——振幅，它是质点离开平衡位置的最大位移；

t+

——振动的相位。这是谐振动中位移x和时间t的关系式，称为谐振动的运动方程式，简称谐振动方程式。

3、波的产生与传播在弹性介质中，任何一个质点机械振动时，因为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着，所以它的振动将传递给与之相邻近的质点，使邻近的质点也同样地发生振动，然后振动又传给下一个质点，依次类推。这样，振动就由近及远向各个方向以一定速度传播出去，从而形成了机械波。从上述可知，机械波的产生，首先要有做机械振动的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质。例如，把石子投入平静的水中，在水面上可以看到一圈圈向外扩展的水波。再举二个实例

弹性横波：手握绳子一端上下振动，可以看到如图

1-3的波向前传播的过程，这就是弹性横

波。

弹性纵波：用手迅速而有节奏地推拉弹簧的一端，

可以看到如图1-4弹簧上有部分密集，部

分稀疏，部份疏密相间，且这种疏密相间

的状态沿着弹簧向前传播，这就是弹性纵

波。图3.1-3绳子上的横波图3.1-4弹簧上的纵波4、波的种类波的种类是根据介质质点的振动方向和波的传播方向的关系来区分的。它主要分为纵波、横波、表面波等。(1)纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致，这种波称为纵波，例如空气、水中传播的声波就是纵波，如图1-5所示。纵波又常称“

P”波。纵波的传播是依靠介质时疏时密（即时而拉伸，时而压缩）使介质的容积发生变形引起压强的变化而传播的，因此和介质的容变弹性有关。任何弹性介质（固体、液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何固体、液体、气体中传播。

图1-5纵波

(2)横波：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，这

种波称为横波，例如绷紧的绳子上传播的波就是横波，

如图1-6所示。横波又常称“

S”波。

横波的传播是使介质产生剪切变形时引起的剪切应

力变化而传播的，因此和介质的切变弹性有关。由于液

体、气体无一定形状，当它们的形状发生变化时，不产

生切变应力，所以液体、气体不能传播横波，只有固体

才能传播横波。在气体、液体中只有纵波存在。

图1-6横波

（3）表面波：固体介质表面受到交替变化的表面张力，使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点作这两种振动的合成振动，即绕其平衡位置作椭圆振动。椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播，这种波称表面波，常以“

R”表示。图1-7为表面波传播示意图。图中示出了瞬时的质点位移状态。右侧的椭圆表示质点振动的轨迹。由图可知，质点只在xy平面内作椭圆振动而波在体表面（xz平面）沿x方向传播。振动的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。表面波传播时，质点振动的振幅随深度的增加而迅速减小。当深度等于2倍的波长时，振幅已经很小了，因此，表面波多用于探测构件表面的情况。

图1-7表面波

表面波只能在固体中传播。

5、波的形式

波的形式是根据波阵面的形状来划分的。如图1-8所示，声源在无限大且各向同性的介质中振动时，振动向各方面传播。传播的方向称为波线；在某一时刻振动所传到各点的轨迹称为波前；介质中振动相应相同的所有质点的轨迹称为波阵面。在任一确定的时刻，波前的位置总是确定的，只有一个波前，而波阵面的数目则是任意多的。

图1-8波线、波前、波阵面

（a）平面波；（b）球面波；（c）柱面波

1-波线；2-波前；3-波阵面

按波阵面的形状可以把波分成平面波、球面波和柱面波。（1）平面波：波阵面为平面的波称为平面波，其振源是一个作谐振动的无限大的平面。另外，从无穷远的点状声源（点源）传来的波，其波阵面可视为平面，也可称为平面波。（2）球面波：波振面为球面的波称为球面波，其振源是一个点状声源。（3）柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波称为柱面波，其振源是一无限长的直柱形。6、波动方程

用数学方程式来描述一个前进中的波动，即描述介质中某质点相对于平衡位置的位移随时间的变化，该数学方程式为波动方程。由于谐振动是最简单的振动，所以由它产生的余弦波是最简单、最基本的波。因此，先讨论余弦振动在均匀介质中传播过程所形成的余弦波波动方程。如1-9所示，设一平面余弦波在无吸收的无限均匀介质中沿x轴的正向传播，波速为υ0、设0为波线上任意一点，并取其为坐标原点y轴为振动位移，若0点处质点作谐振动，从（1.6）式可知，其振动方程为：

(1.7)

式中：A—振幅；

—角频率；

y0—质点在时间t时离开平衡位置的位移。图1-9波动方程推导

若是横波，则位移方向与X轴垂直；如是纵波，则位移方向沿着X轴。设B为波线上另一任意点，离开原0的距离为x。因为振动从0点传播到B点需要的时间为x/ν，所以B点处质点在时间t的位置等于0点处质点在时间(t-x／ν)的位移，即

（1.8）

(1．8)式表示，在波线上任意一点（距原点距离为x）处的质点在任一瞬时的位移，即沿x轴方向前进的平面余弦的波动方程。

波在一个周期T内（或者说质点完成一次振动）所传播的路程为波长，用

表示。根据周期和波速的定义，三者关系为：

=νT(1.9)

因为周期T与频率f互为倒数，所以(4.1.9)式也可写为：

(1.10)

这是波速、波长、频率间的基本关系。

不同类型的波在传播过程中速度各不相同，且其声速还取决于固体介质的性质（密度、弹性模量、泊松比），所以声速是表征介质声学特性的一个参数。另外，声通的大小还与固体介质的边界条件有关。

二、声波在介质中的传播速度

1、纵波声速

在无限大固体介质中传播的纵波声速：

(1.11)

式中：E——杨氏弹性模量；

γ——泊松比；

ρ——密度。在有限固体介质中传播时，则形成制导波，其速度变小。

2、横波声速

在无限大固体介质中传播的横波声速：

(1.12)

式中：G——切变弹性模量。

3、材料的弹性参数与声速值

下表列出了部分材料的弹性参数与声速值。部分材料的弹性参数、声速和特性阻抗

表3.1-2

通过对固体介质声速的讨论可以看出：（1）介质的弹性性能愈强即E或G愈大，密度ρ愈小，则声速愈高。（2）把（1.11）、（1.12）两式相除，得到纵、横波速度之比：

(1.13)

对于一般固体介质λ大约在0.33左右，故νp／νs≈2。混凝土的泊松比介于0.20、0.30之间，因此νp／νs介于1.63～1.87之间，即在混凝土中，纵波速度为横波速度的1.63～1.87倍。

声波在无限大介质中传播只是在理论上成立。实际上任何介质总有一个边界。当声波在传播中从一种介质到达另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分声波被反射，仍然回到原来介质中，称为反射波；另一部分声波则透过界面进入另一种介质中继续传播，称为折射波（透射波）。声波透过界面时，其方向、强度、波型均产生变化。这种变化取决于两种介质的特性阻抗和入射波的方向。现分垂直入射和倾斜入射两种情况来讨论。三、声波在介质界面的反射与透射

1、垂直入射（1）单一的平面界面

当平面波垂直入射到一个光滑平面界面时，将产生一个与入射波方向相反的反射波和一个与入射波方向相同的透射波（图1-10）。这是波入射到界面上时最简单的情况。

先讨论入射波、反射波和透射波声压之间的关系。在界面上，用反射波声压pr与入射波声压p0的比值表示声压反射率R，即：

(1.14)

用透射波声压Pd与入射波声压p0的比值表示声压透射率D即：

(1.15)

界面两侧两种介质的特性阻抗分别为Z1和Z2。（2）异质薄层的反射与透射

当声波在一种介质中传播时，有时会遇到第二层介质的薄层，如混凝土裂缝就是这种情况。这种情况下将产生多次反射与透射，情况要更复杂一些。2、倾斜入射

当声波在一种介质中倾斜入射到另一介质界面时，将产生方向、角度及波形的变化。和光的传播类似，声波在界面上方向和角度的变化服从反射定律和折射定律，如图1-11。反射定律：入射角（i）的正弦与反射角（β）

的正弦之比等于入射波与反射波速度之比。由

于入射波与反射波在同一介质中，其速度相等，

所以入射角等于反射角（i=β）。

折射定律：入射角（i）的正弦与折射角（θ）

的正弦之比等于入射波与折射波速度之比，即：

(1.16）图1-11流体界面上声波的反射与折射图1-12固体界面上声波的反射与折射

以上情况可以在流体（气体、液体）的分界面看到。在这种情况下，介质中只有单一的波-纵波出现。在固体介质分界面的情况则复杂一些。当一种波（例如纵波）入射到固体分界面时，不仅波方向发生变化且波型也发生变化，分离为反射纵波、反射横波，折射纵波和折射横波。各类波的传播方向（即反射角与折射角）各不相同，如图1-12所示。各种类型波的传播方向的变化亦符合几何光学中的反射定律和折射定律。其数学表达式如下：

(1.17)

ν1p,ν2p——纵波在第一、二介质中的传播速度；

ip,βp，θp

——纵波入射角、反射角、折射角；

βS，θS——横波反射角、折射角。

增大入射波的入射角，则折射波的折射角亦随之增大。如果入射波是纵波，且ν1p<ν2p则由（1.15）式可知，θp>ip,即折射角大于入射角。当ip增大，θp也增大，当θp＝90°时，此时的入射角叫第一临界角，用符号i1；表示。显然，当入射角大于第一临界角时，第二种介质中只有折射横波存在，如图1-13。这是一种获得横波的方法。第一临界角(1.18)

当θ=90°时，此时的入射角叫第二临界角，用符号i2表示，如图1-14。第二临界角(1.19)

图1-13第一临界角图1-14第二临界角

声波在介质中传播过程中其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小的现象为衰减。声波衰减的大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传播距离，也取决于被检测材料的内部结构及性能。因此研究声波在介质中的衰减情况将有助于探测介质的内部结构及性能。四、声波在传播过程中的衰减

固体材料中声波衰减主要有以下几个方面的原因：

（1）吸收衰减：声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能。

（2）散射衰减：当介质中存在颗粒状结构（如固体介质中的颗粒、缺陷、掺杂物等）而导致声波能量的衰减。如在混凝土中一方面其中的粗骨料构成许多声学界面，使声波在这些界面上产生多次反射、折射和波型转换；另一方面微小颗粒在超声波的作用下产生新的震源，向四周发射声波，使声波能量的扩散到达最大。

（3）扩散衰减：声波发射器发出的超声波束都有一定的扩散角。波束的扩散，导致能量的逐渐分散，从而使单位面积的能量随传播距离的增加而减弱。

致密、强度高的混凝土声衰减系数小，相对接收波幅大；强度低或存在缺陷混凝土衰减系数大，相对接收波幅小。当混凝土质量差或存在缺陷时接收到的声信号中高频已损失，频率变低。

五、混凝土中的声波特性

声学原理中所讨论的声波指的都是连续的余弦波，而实际上超声仪发射换能器所发射的超声波却是脉冲超声波。脉冲超声波有以下特点：

（1）重复间断发射。发射换能器发出的超声波不是连续不断的，而是以一定重复频率（100Hz或50Hz）间断地发射出一组组超声脉冲波，如图1-15所示。这就是所谓超声脉冲波。

虽然脉冲波与连续波不一样，但是前面所推导的单一界面的反射率和透射率公式仍然能适用。至于异质薄层的反射率和透射率的公式只有在异质薄层相对于脉冲宽度很窄时（例如裂缝），脉冲波相当于连续波时，该式才适用。

（2）脉冲超声波不具有单一频率而是所谓复频波。

也就是说，这一组超声波由许多不同频率的余弦波组成。当然，它也有其固有的主频率，这就是换能器上的标称频率。这种复频超声波在有频散现象的介质中传播时，各种频率成分的波将以不同速度传播，这就使得脉冲波形将随传播距离的增大而发生畸弯，变成如图1-16所示，脉冲开始部分的频率比后面部分要高，后面愈来愈平坦变宽。图1-15超声脉冲波图1-16脉冲传播过程中的畸变

由于声波的衰减与频率有关，频率越高衰减越大，因此在脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向低步侧的漂移，即所谓频漂。

第二部分检测技术超声波检测混凝土缺陷的基本原理超声波检测混凝土灌注桩完整性方法的适用范围超声波检测仪器与设备

采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化来判定混凝土的缺陷。一、超声波法检测混凝土缺陷的基本原理

超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少。再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。

根据上述原理，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析，判别其缺陷的位置和范围，或估算缺陷的尺寸。二、超声波检测混凝土灌注桩完整性方法的适用范围

基桩声波透射法是一种检测混凝土灌注桩完整性的有效手段，它是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测，因此仅适用于在灌注成型过程中已经埋了两根或两根以上声测管的基桩。

在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，或单孔中发射并接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器的声时、波幅及主频发生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性。

对跨孔透射法，当桩径较小时，声测管间距也较小，其测试误差相对较大，同时预埋声测管可能引起附加的灌注桩施工质量问题。因此，超声波检测方法适用于检测直径不小于800mm的混凝土灌注桩的完整性，它包括跨孔透射法和单孔折射法。单孔折射波法是根据上部结构对基桩的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土质量。

用超声波法检测钻孔灌注桩完整性的优点在于结果准确可靠，不受桩长、桩径限制，无盲区（声测管范围内都可检测），可测桩顶低强区和桩底沉渣厚度，桩顶不露出地面即可检测，方便施工，也可粗略估测混凝土强度。

1、超声波仪超声波仪是混凝土灌注桩缺陷检测的基本装置。它的作用是产生重复的电脉冲并激励发射换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后被接收换能器接收并转换为电信号，电信号送至超声仪，经放大后显示在示波屏上。自60年代开始生产第一代电子管超声仪至今已发展为第四代智能数字式超声仪，见下表：三、超声波检测仪器与设备

超声波仪的发展概况

超声波仪的发展概况表3.2-1

超声波仪的发展概况